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7. ACÚSTICA ARQUITECTÓNICA
Una de las ramas de la acústica que más ha evolucionado es la acústica
arquitectónica. La inquietud por la acústica de los recintos destinados a
representaciones de teatro, ópera, conciertos, etc., es tan antigua como la civilización.
Son famosos los teatros romanos (el de Mérida es un buen ejemplo), en los que se
conseguía una distribución acústica realmente buena teniendo en cuenta que se
encontraban al aire libre. Vamos a estudiar en este capítulo algunas nociones básicas
sobre acústica de recintos que nos permitan conocer las características más relevantes
y comprender qué diferencia, acústicamente, una sala de conciertos de otra.
En primer lugar, definiremos algunas ideas elementales sobre acústica
arquitectónica.
7.1. GENERALIDADES
7.1.1. Absorción y reflexión
Cuando una onda sonora incide sobre una pared, parte de la energía de la onda
es reflejada y otra parte es absorbida por la pared. La relación entre la energía
absorbida y la incidente se denomina coeficiente de absorción, �, de la pared:
� ���
��
El coeficiente de absorción depende principalmente del material con que esté
recubierta la pared. Así, en un recinto, las paredes tendrán normalmente distintos
coeficientes de absorción dependiendo del material que las cubra (cortinas,
moquetas, pizarras, cemento, ..).
La absorción total de un recinto es la suma de las absorciones de todas sus
paredes. Supongamos como ejemplo un recinto formado por cuatro paredes paralelas
dos a dos, suelo y techo, cuyas dimensiones son:
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Si el suelo está enmoquetado, y una de las paredes de 3x2 tiene una cortina
tendremos:
������ � 0.2
�������� � 0.5
��������� � 0.09
� � �������2�4� � ���������2�3� � ����������2�3 � 3�4 � 3�4 � 2�4� � 8.02
En este ejemplo hemos considerado que cada uno de los materiales de las
paredes tiene un único coeficiente de absorción. Sin embargo, la realidad es que los
materiales ofrecen una absorción distinta a cada frecuencia, por lo que el estudio de la
absorción deberá hacerse para varios valores de ésta. Este hecho da lugar a que la
absorción total de la sala dependa también de la frecuencia, lo que hace pensar que la
sala influirá sobre el espectro del sonido recibido por el oyente. Hablaremos entonces
de una respuesta en frecuencia del recinto.
A continuación vemos una tabla de coeficientes de absorción de diferentes
materiales en función de diferentes frecuencias:
Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 Pared de ladrillo pintada 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 Yeso sobre ladrillos 0.02 0.02 0.03 0.04 0.04 0.04 Azulejo acústico en paneles 0.5 0.7 0.6 0.7 0.7 0.5 Artesonado de madera 0.3 0.15 0.1 0.05 0.04 0.05 Hormigón, Mármol 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.03 Cortinas medias 0.07 0.3 0.5 0.7 0.7 0.6 Asientos tapizados ocupados 0.43 0.41 0.41 0.45 0.45 0.45 Asientos tapizados libres 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 Asientos madera ocupados 0.27 0.3 0.35 0.43 0.46 0.45 Asientos madera libres 0.2 0.25 0.3 0.3 0.3 0.25
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En general los materiales absorben más las frecuencias agudas que las graves.
La madera compensa a otros materiales ya que absorbe más los graves que los agudos,
con lo que las salas construidas con mucha madera serán más brillantes.
7.1.2. Tiempo de reverberación
Cuando hablábamos de la reverberación mencionábamos que ésta se debe a las
reflexiones del sonido en las paredes de un recinto. Pues bien, puesto que ha quedado
claro que la cantidad de energía que se refleja al incidir un sonido sobre una pared
depende del coeficiente de absorción, resulta evidente que cuanto mayor sean los
coeficientes de absorción de las paredes de un recinto más amortiguados llegan los
ecos al oyente, con lo que la prolongación del sonido debido a estas reflexiones será
más corta.
Se define el tiempo de reverberación de un recinto como el tiempo necesario
para que el nivel de presión sonora debido a una determinada fuente se reduzca en 60
dB una vez que la fuente deja de emitir.
Como hemos dicho, el tiempo de reverberación es menor cuanto mayor es la
absorción. Por otro lado, podemos pensar que el volumen de la sala también influye,
ya que si las distancias que han de recorrer las ondas son mayores, los ecos llegarán
desde más lejos y, por tanto, más tarde. O sea que el tiempo de reverberación
aumenta con el volumen del recinto. Estas conclusiones fueron obtenidas
experimentalmente por el físico Sabine, obteniendo como resultado la siguiente
fórmula para el tiempo de reverberación:
! �55,2�#
$��
donde V es el volumen de la sala, C la velocidad del sonido y A el coeficiente de
absorción.
Los buenos directores de orquesta pueden llegar a detectar hasta variaciones
en el tiempo de reverberación de 0.1 seg, por lo que esta precisión es necesaria. Esta
fórmula es antigua y existen hoy en día otras más precisas, pero con ella podemos
hacernos una idea de cómo se hacen los cálculos y obtener datos aceptables. Si la sala
es grande se producen menos reflexiones y por consiguiente menos absorción por lo
que la reverberación aumenta. Cuanto mayor sea la superficie también se produce
más absorción y estos dos parámetros se compensan. Se pueden construir salas con
mucho volumen y superficie mínima o máxima, dependiendo de la geometría utilizada
y de lo que interese.
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7.1.3. Propagación del sonido en un recinto
Como ya hemos visto, cuando una fuente sonora radia en el interior de un
recinto cerrado cuyas paredes son parcialmente reflectantes, al oído llega en primer
lugar el sonido directo procedente de la fuente y, tras un tiempo de retardo inicial,
llegan las reflexiones que se producen en las paredes, techo, suelo y demás objetos del
recinto.
Ahora bien, en las proximidades de la fuente, la magnitud de estas reflexiones
en comparación con la intensidad del sonido directo es prácticamente despreciable.
Podemos diferenciar tres zonas en las que las características del sonido son
diferentes:
• Campo próximo: es el situado a pocos centímetros de la fuente sonora. En esta
zona no son aplicables la mayoría de las leyes de propagación del sonido, ya
que las ondas no son ni siquiera esféricas.
• Campo directo: aquel en el que las condiciones de propagación son las
habituales si no hubiese reflexiones, es decir, la atenuación es de 6dB al doblar
la distancia.
• Campo reverberante: la influencia de las reflexiones hace que se pierdan las
características de atenuación con la distancia del campo directo. Si el recinto es
muy reverberante, puede desaparecer por completo el campo directo de la
fuente. Lo deseable en todo recinto en el que se pretenda una cierta calidad
acústica, es que el campo reverberante sea difuso, es decir, que la distribución
de energía sea homogénea en todo el recinto o, en otras palabras, que la
intensidad acústica en un instante dado sea la misma en cualquier punto del
recinto.
En este sentido, es de especial interés el evitar en la medida de lo posible
superficies cóncavas que concentran el sonido en puntos determinados. Por el
contrario, se buscarán superficies convexas que distribuyan el sonido y, por tanto,
contribuyan a la creación de un campo difuso.
Los investigadores Reichhardt y Schmidt experimentaron, entre otras cosas,
con la sensación de sonido directo. Utilizaron para la experiencia una cámara anecóica
(sin reverberación) en la cual situaron a una persona rodeada de altavoces de manera
que podían recrear las sucesivas reflexiones que se generan en una sala. El sonido
directo llega al oyente desde el centro y con un pequeño retardo y una atenuación se
puede simular el sonido reflejado en las diferentes paredes de la supuesta sala.
Estos señores vieron cuatro grupos de fenómenos. Con un tiempo de retardo
pequeño, no superior a 25 ms entre un altavoz y otro, para cualquier ángulo, el sonido
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se escucha como directo. Si el ángulo del sonido reflejado es pequeño menor o igual a
40º, es aceptable un retardo de hasta 80 ms para seguir teniendo sensación de sonido
directo. Para ángulos mayores un retardo entre 25 y 80 ms nos da una sensación de
reverberación y el sonido no parece tan directo. A partir de los 80 ms si llega alguna
señal reflejada, desde cualquier ángulo, se empieza a percibir eco y la sensación de
sonido directo se rompe.
Si el techo de estas salas es demasiado alto sí se pueden producir reflexiones
que superen este retardo de 80 ms. Debemos procurar que los ángulos de las
diferentes reflexiones no superen los 40º. En las salas con techos altos se colocan
paneles para evitar las reflexiones demasiado largas y reducir el ángulo B.
Hace ya unos cuantos años se hizo, entre los directores de orquesta, una
encuesta para determinar cuáles son las mejores salas del mundo y las mejor
consideradas fueron las siguientes:
1. Wiener Musikverein VIENA (1870)
2. Concertgebouw AMSTERDAM (1877)
3. Symphony Hall BOSTON (1900)
4. Konserthuset GÖTEBORG (1935)
5. Palais Des Beaux-Arts BRUSELAS (1929)
Se puede resaltar que todas ellas tienen una planta rectangular
alargada, y son muy buenas para la música sinfónica. Las plantas
rectangulares alargadas satisfacen muy bien los fenómenos relacionados
con la percepción y el sonido directo. Esto se debe a que cada oyente es
capaz de situar la fuente sonora espacialmente si el sonido reflejado
proviene de las paredes de la sala, es decir si el sonido percibido por los
dos oídos es diferente. Sin embargo, no puede hacerlo si proviene del
techo. Este hecho tiene relación con la anchura de la sala: en una sala ancha, los
primeros rayos sonoros reflejados llegan a cada oyente desde el techo. En una
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estrecha llegan primero los reflejados en las paredes laterales. Por tanto, las salas
estrechas son preferidas a las anchas.
Además su arquitectura con adornos resulta muy positiva para la difusión del
sonido.
7.2. TIEMPO ÓPTIMO DE REVERBERACIÓN
Hemos definido el tiempo de reverberación como el tiempo necesario para que
el sonido producido en una sala reverberante se reduzca en 60 dB. En una primera
aproximación, puede considerarse que la calidad acústica de un recinto depende
principalmente de este tiempo aunque, como veremos más adelante, hay otros
factores determinantes.
Sin embargo, un recinto con un determinado tiempo de reverberación puede
ser bueno para algunos usos y pésimo para otros. En general, si el recinto va a ser
destinado a la escucha de la palabra el Top deberá ser bajo para evitar que las sílabas
se confundan unas con otras. De esta forma se mejora la inteligibilidad. Por el
contrario, si se va a destinar el recinto para audición de música, un tiempo de
reverberación demasiado bajo puede producir una sala demasiado seca; es más
agradable una ligera superposición entre notas consecutivas. Además cada tipo de
música (camerística, sinfónica, operística,…) exigirá un Top diferente.
Por tanto el tiempo de reverberación óptimo depende de varios factores, tales
como el volumen del recinto, el tipo de fuente sonora, la naturaleza de la obra musical
e, incluso, de la frecuencia.
La siguiente figura indica el tiempo óptimo de reverberación para una
frecuencia de 500 Hz según distintos tipos de música y en función del volumen del
recinto:
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Sin embargo, el hecho de que el tiempo de reverberación sea distinto según la
frecuencia es especialmente importante en recintos destinados a audición musical. La
siguiente figura representa el factor de corrección R que debería aplicarse al tiempo
óptimo para 500 Hz de la figura anterior, para obtener un tiempo óptimo a cualquier
frecuencia:
!�� � % ∙ !'((
El factor de corrección es mayor a bajas frecuencias, o lo que es lo mismo, el
tiempo de reverberación óptimo para la audición de música ha de ser mayor en bajas
frecuencias que en frecuencias medias y altas.
7.3. CALIDAD ACÚSTICA DE LAS SALAS
Actualmente se utilizan para las medidas acústicas pulsos de corta duración,
como pequeñas explosiones, ya que las ondas que circulan por la sala son más fáciles
de controlar y permiten excitar un mayor número de resonancias de la sala que se va a
estudiar. Una pequeña explosión nos proporciona una señal parecida a un ruido blanco
y permite estudiar el comportamiento de la sala en un mayor rango de frecuencias.
7.3.1. Atributos para la calidad acústica de una sala
Además del tiempo de reverberación, son muchos factores los que intervienen
en la definición subjetiva de la calidad de una sala. Por ejemplo, el tiempo de
reverberación global no es suficiente, ya que hemos de hablar siempre del tiempo de
reverberación en función de la frecuencia. Además, existen otros factores que influyen
de forma notable sobre la calidad. Leo L. Beranek realizó un amplio estudio contando
con la ayuda y asesoramiento de técnicos, músicos y críticos, y llegó a definir una
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escala basada en 18 atributos que permitía dar una puntuación a la calidad acústica de
una sala. A continuación se detallan los atributos y las puntuaciones obtenidas para
salas de conciertos:
1. Intimidad. Es la sensación de proximidad de la fuente sonora. Se define por
medio del intervalo de tiempo transcurrido desde el sonido directo a la
primera reflexión. Cuanto menor sea este tiempo mayor será la intimidad o
presencia, siendo el valor óptimo para este tiempo entre 0 y 20
milisegundos.
2. Viveza. Una sala reverberante es una sala viva. La viveza se refiere a la
reverberación en frecuencias medias y altas (500—1000) con la sala
ocupada. La viveza óptima se produce con un tiempo de reverberación a
estas frecuencias de 1.5 s para ópera, y de 1.9 s para orquesta típica. Por
encima y por debajo de este valor el atributo de viveza empeora.
3. Calor. Es la viveza para las frecuencias bajas o, dicho de otra forma, el
relleno de los tonos bajos. Este relleno se produce cuando el tiempo de
reverberación para las frecuencias inferiores a 250 Hz es mayor que el de
las frecuencias entre 500 y 1000 Hz. Es decir, se mide según la relación
entre el tiempo de reverberación en las frecuencias bajas y el tiempo de
reverberación en las frecuencias superiores, y viene dado por:
!)*' � !)'(
2!'((+)(((
El valor más adecuado para este atributo es entre 1.20 y 1.25, lo que
equivale a decir que las frecuencias bajas tendrán un tiempo de
reverberación entre un 20 y un 25% mayor que el de las frecuencias medias.
4. Intensidad del Sonido Directo. Se refiere a la intensidad con que llega el
sonido directo a las últimas filas. Lógicamente depende de la longitud de la
sala. El mejor valor para este atributo se sitúa en torno a los 20 metros.
5. Intensidad del Sonido Reverberante. El sonido procedente de las
reflexiones aumenta el nivel sonoro en general. En una sala grande con muy
poca reverberación no será posible alcanzar un nivel adecuado. La
intensidad del sonido reverberante se relaciona con el volumen y el tiempo
de reverberación a 500-1000 Hz. Los valores más adecuados se encuentran
en torno a 3.
, = 1000000!'((+)(((
#
6. Definición o claridad. Una sala tiene una buena definición cuando el sonido
es limpio y claro, es decir, pueden distinguirse perfectamente unos
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instrumentos de otros y escuchar cada nota. Técnicamente definimos la
claridad acústica como el logaritmo de la relación entre la intensidad sonora
que nos llega en los primeros 80 ms (primeros 50 ms en algunos casos) y la
que llega después. El número obtenido nos da una medida de la claridad de
la sala.
Las salas reverberantes tienen una claridad negativa, llega más energía
después de los 80 ms, mientras que las salas muy secas tienen una claridad
positiva, la energía que llega en los primeros 80 ms es mayor que la
restante. Estas últimas salas son muy limpias y claras pero se pierde
grandiosidad.
7. Brillantez o nitidez. Un sonido brillante es aquel que se define como claro,
vivo y rico en armónicos. Así pues, una sala brillante tiene un tiempo de
reverberación a frecuencias altas mayor que a frecuencias medias. Además
la sala ha de tener claridad e intimidad.
8. Difusión. es óptima cuando el sonido reverberante parece llegar desde
todas las direcciones.
9. Equilibrio o balance. Se refiere al balance entre las distintas secciones
orquestales.
10. Mezcla o matiz. Los sonidos de las distintas secciones de la orquesta deben
salir correctamente mezclados antes de abandonar el escenario. Este
atributo depende del diseño del techo del escenario y otras superficies
situadas en él.
11. Conjunto. Se refiere a la posibilidad de los instrumentistas para tocar al
unísono. Para que esto sea posible, los músicos deben poder oír a sus
compañeros de orquesta. Las superficies reflectantes a ambos lados del
escenario y en el techo son determinantes para este atributo.
12. Proximidad de respuesta o ataque. La sala debe responder
inmediatamente a una nota. Esta respuesta depende de las primeras
reflexiones que vuelven desde la sala al escenario.
13. Textura: Es la impresión subjetiva creada en el oyente debida a cómo llegan
las series de reflexiones.
14. Inexistencia de eco.
15. Inexistencia de ruido.
16. Amplitud dinámica. La dinámica de la sala es la gama de niveles sonoros
que puede escucharse dentro de ella. Va desde el nivel mínimo
determinado por el ruido ambiente al máximo nivel que pueda producir la
sala.
17. Calidad tonal. El refuerzo o atenuación exagerado de una determinada
banda de frecuencias empeora la calidad tonal de la sala.
18. Uniformidad. No deben existir zonas en las que el sonido sea pobre.
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7.3.2. Mejoras acústicas de las salas
Cualquier sala destinada a algún tipo de acto en el que la información se
trasmita por medio de energía sonora habrá de ser tratada y acondicionada al menos
para que cumpla unas condiciones acústicas mínimas de manera que la charla, obra
teatral, concierto de música, etc. llegue a nosotros en buenas condiciones.
Se puede estudiar cada caso y ver qué mejoras se pueden llevar a cabo para
que el sonido sea claro, la reverberación justa, se escuche bien desde todos los lugares
y tengamos una sensación de sonido directo aceptable.
Una característica muy recomendable es que el escenario donde se sitúan los
instrumentos este revestido de un material reflectante y a ser posible con las paredes
traseras y laterales formando un trapecio. De esta forma nos aseguramos que el
sonido generado se proyecta bien hacia el auditorio y no se pierde, como es el caso de
los teatros en los que gran cantidad de energía sonora se pierde en los entramados,
tramoyas y cortinas situadas a los lados del escenario. Unos paneles reflectantes
móviles pueden ser una buena solución para convertir un teatro en una sala de
conciertos aceptable. La trasera del auditorio se ha de revestir de un material
absorbente para evitar el indeseado eco.
La claridad acústica está relacionada con la cantidad de energía que nos llega
en los primeros 80 ms. En este tiempo el sonido puede recorrer una distancia de unos
27 metros. Las reflexiones que se producen no han de sobrepasar en 27 m a la
distancia que existe en línea recta hasta el escenario, de lo contrario la sensación de
reverberación comienza a confundirse con el eco y desaparece la sensación de sonido
directo.
El techo es la mayor superficie que puede transmitir el sonido de forma
homogénea hacia la audiencia. Su altura es vital en el diseño, ya que modifica el
volumen de la sala y la transmisión adecuada del sonido hacia la audiencia. En una sala
de conciertos suele situarse una placa reflectora detrás de la orquesta (tornavoz) y
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también se sitúan paneles reflectores en el techo para dirigir el sonido hacia la
audiencia.
Si los músicos se sitúan al borde del escenario el sonido no rebota del todo en
el suelo y no se proyecta bien hacia los anfiteatros por lo que es conveniente dejar un
espacio mínimo libre en el escenario.
El suelo del auditorio debe tener la forma más adecuada para limitar el
fenómeno de la difracción en las cabezas del público. Se puede demostrar que cuando
se preserva la línea de visión del escenario para cada oyente, no sólo se mejora la
percepción visual, sino también la auditiva. La disposición ideal del suelo de un
auditorio es la espiral logarítmica, por lo que suelen utilizarse aproximaciones de esta
curva.
En el Metropolitan Opera House de N.Y. se trabajó con estos parámetros. Las
voces de ópera en esta sala no salían con el brillo que les correspondía. Para corregir
esto aumentaron la sensación de sonido directo. Construyeron un marco curvo, una
especie de portal con un ángulo lateral de forma que el sonido se proyectaba hacia el
auditorio y no se perdía en los laterales. Se pusieron paneles circulares convexos que
reflejaban las ondas que subían hacia el techo disminuyendo así la distancia de las
reflexiones.
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Otra sala en la que se pudieron hacer mejoras es la Opera House de Sydney.
Esta sala tiene forma de arena con el escenario en el centro para disminuir la distancia
media al público. De esta forma teóricamente la sensación de sonido directo queda
garantizada. A pesar de ello no había sensación de sonido directo. Se hicieron varias
pruebas con lentejas gigantes de 1.5 m de diámetro suspendidas del techo a unos 10 m
de la orquesta. De esta manera se consiguió evitar la reflexión larga con el techo y
disminuir así el ángulo de la onda reflejada. Aumentó la sensación de sonido directo.
Finalmente se optó por unas figuras de metacrilato con mayor curvatura de forma que
el sonido quedaba difuminado.
En la sala Avery Fisher Hall de N.Y. había muchas frecuencias graves y faltaban
agudas. Esto se pudo solucionar con paneles de madera del tamaño suficiente para
que perturbe y refleje únicamente las frecuencias agudas.
En algunas salas se han llegado a construir techos falsos correderos para
modificar el volumen de la sala y disminuir así el tiempo de reverberación. De este
modo se pueden interpretar de manera óptima varios estilos de música, aunque esta
solución está en desuso al alterar el volumen y la estética de la sala. Se pueden instalar
también paneles giratorios cuyas caras se revisten de materiales con diferentes
coeficientes de absorción, variando así el tiempo de reverberación.
En el norte de Europa gustan las salas con poca reverberación, salas muy claras
y limpias. Este tipo de salas no pueden llegar a ser muy grandes ya que se utilizan
materiales muy absorbentes que se comen parte de la energía acústica de la sala. Lejos
del escenario, recordemos que la sonoridad baja casi a la mitad cuando se duplica la
distancia, la cantidad de sonido que llega sería más bien poca en una sala grande y
seca.
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En la siguiente tabla se representan los tiempos de reverberación para las
diferentes frecuencias de algunas de las mejores salas de conciertos:
Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
Konserthuset Goteborg 1.9 1.7 1.7 1.7 1.6 1.5
Symphony Hall Boston 2.2 2.0 1.8 1.8 1.7 1.5
Concertgebouw Ámsterdam 2.2 2.2 2.1 1.9 1.8 1.6
Wiener Musikverein Viena 2.4 2.2 2.1 2.0 1.9 1.6
Palais Beaux-Arts Bruselas 1.9 1.8 1.5 1.4 1.3 1.1
Metropolitan Opera N.Y. 1.8 1.5 1.3 1.1 1.0 0.9
Scala Milán 1.5 1.4 1.3 1.2 1.0 0.9
